В области биологической денитрификации два важных процесса – нитрификация ближнего действия и денитрификация ближнего действия. Они преодолевают традиционные пути нитрификации и денитрификации полного спектра и достигают эффективного удаления азота путем регулирования структуры микробного сообщества.
01 Кратковременная нитрификация
Кратковременная нитрификация относится к процессу, при котором в процессе биологической денитрификации процесс окисления аммиачного азота осуществляется только до стадии нитрита с помощью специальных средств управления процессом, то есть аммиачный азот (NH₄⁺) сначала окисляется до нитрита ( NO₂⁻), и нитрит больше не окисляется до нитрата (NO₃⁻). Этот процесс в основном зависит от усиления активности аммиакокисляющих бактерий (АОБ) и эффективного угнетения активности нитрифицирующих бактерий (НОБ). Преимущество краткосрочной нитрификации заключается в том, что она снижает потребление кислорода и потребность в источниках углерода, снижает нагрузку на последующую стадию денитрификации и, таким образом, повышает эффективность денитрификации всей системы.
Факторы влияния и стратегии оптимизации:
Концентрация ДО: DO необходимо строго контролировать на уровне 0,5-1,5 мг/л, чтобы ингибировать нитрифицирующие бактерии и принести пользу бактериям, окисляющим аммиак.
Температура и значение pH: Подходящая температура (20-30 ℃) и среда pH от нейтрального до слабощелочного способствуют стабильной работе.
кратковременная нитрификация.
SRT (возраст осадка): Соответствующее сокращение SRT способствует селективному культивированию кратковременных нитрифицирующих бактерий.
Воздействующая нагрузка: Поддерживайте стабильную нагрузку аммиачного азота, чтобы избежать повреждения системы нитрификации ближнего действия, вызванного ударом.
02 Денитрификация ближнего действия
Денитрификация ближнего действия относится к прямому восстановлению нитрата или нитрита до газообразного азота (N₂) без этапа восстановления NO₃⁻ до NO₂⁻ в обычном процессе денитрификации. Для этого процесса обычно требуются специальные денитрифицирующие бактерии, которые могут напрямую использовать нитрит в качестве акцептора электронов для реакции денитрификации в бескислородной среде. Денитрификация на коротком расстоянии позволяет не только избежать образования промежуточного продукта - оксида азота (NO), образующегося в традиционном процессе денитрификации, что снижает нагрузку на окружающую среду, но также улучшить общую скорость удаления азота и сэкономить входной источник органического углерода.
Факторы влияния и стратегии оптимизации:
Бескислородная среда: Строгие бескислородные условия являются основой денитрификации на близком расстоянии, а уровень растворенного кислорода следует контролировать ниже 0,5 мг/л.
Значение pH: Уровень pH от 6,0 до 8,0 способствует росту и активности денитрифицирующих бактерий ближнего действия.
Температура: Подходящая температура (20-30 ℃) помогает увеличить скорость денитрификации.
Тип и поставка источника углерода: выбирать легко разлагаемые и эффективные источники углерода и соответствующим образом увеличивать подачу углерода для содействия денитрификации на коротких дистанциях.
Состояние потока и перемешивание в реакторе: обеспечить равномерное перемешивание в реакторе во избежание избыточной концентрации кислорода в локальных зонах.
03Как регулировать микробные сообщества для достижения краткосрочной нитрификации и денитрификации?
Контроль растворенного кислорода: Реализация кратковременной нитрификации зависит от угнетения активности нитрифицирующих бактерий (НОБ). Обычно концентрация растворенного кислорода в реакторе строго контролируется для поддержания низкого уровня, позволяющего обеспечить нормальную работу аммиакоокисляющих бактерий (АОБ) и ингибировать рост НОБ.
Регулирование температуры и pH: Различные микробные популяции обладают различной приспособляемостью к условиям окружающей среды. Регулируя температуру и значение pH в реакторе, можно избирательно стимулировать активность целевого бактериального сообщества. Например, некоторые конкретные АОБ могут иметь более высокую активность при более низких температурах или в определенном диапазоне pH.
Оптимизация SRT (возраст осадка) и HRT (время гидравлического удержания): Разумная установка возраста ила и времени гидравлического удерживания в биореакторе может помочь избирательно обогатить АОБ, одновременно устраняя или подавляя размножение НОБ.
Чередование аэрации и бескислородной обработки: Используйте прерывистую аэрацию или сегментированную обработку для создания условий окружающей среды, способствующих краткосрочной нитрификации и краткосрочной денитрификации. Например, сначала преобразуйте аммиачный азот в нитрит в аэробных условиях, а затем быстро переключитесь на бескислородные или анаэробные условия, чтобы нитрит напрямую восстановился до азота.
Добавление ингибиторов: В качестве ингибиторов NOB можно использовать определенные химические вещества, такие как метанол, изопропанол и т. д., которые могут эффективно ингибировать активность NOB, тем самым достигая кратковременной нитрификации.
Стратегия добавления источника углерода: Соответствующее добавление источника углерода может регулировать процесс денитрификации, так что нитрит используется в качестве акцептора электронов перед нитратом, обеспечивая кратковременную денитрификацию.
Таким образом, с помощью ряда точных методов управления процессом можно успешно инициировать и стабильно осуществлять краткосрочные процессы нитрификации и краткосрочной денитрификации в системах очистки сточных вод, тем самым повышая эффективность денитрификации, снижая потребление энергии и уменьшая образование побочных продуктов.